Name: dna nanotubes as a versatile tool to study semiflexible polymers
Uploaded: 2017-10-25T14:00:00
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我々 は、DFG (1116/17-1)、ライプツィヒ学校自然科学"BuildMoNa"(GSC 185) で資金調達を認めます。この作品は、フラウンホーファー誘致プロジェクト 601 683 によってサポートされています。T. h. は、欧州社会基金 (ESF 100077106) からの資金提供を認めています。

1 です。 n 高温超伝導体の作製 注: ここでは、n は特定のサイズの螺旋管の形成に関与する別の単一 DNA の繊維の数。N = 8、8 つの異なる単一 DNA の繊維を補うユニット リング。
<ol><li>購入 DNA シーケンス (HPLC 純度グレード以上) 適切な DNA 合成からサービスや高品質の合成と精製 (表 1 に与えられた模範的なシーケンス) を実行します</li>?...

適切に整形されたネットワークを得るためには、重要なステップは、DNA ナノチューブ構造体の組み立ています。合成処理中のエラーに悪影響をチューブの品質;したがって、高速液体クロマトグラフィーまたはより厳格なプロセスがオリゴヌクレオチドを浄化するために使用することをお勧めします。濃度を再する必要がある集計 DNA ナノチューブとその長さ分布ではなく離散の形成は、セッ...

そのユニークな力学的特性により複雑な振る舞い、セミフレキシブル高分子、生活物質の基本的なビルディング ブロックです。柔軟なポリマーとは異なりセミフレキシブル高分子は強い熱変動1対象まま、失われつつある非バックボーン剛性により差し出された構成を採用します。したがって、完全に柔軟なまたは硬質ポリマーの両極端と同様、彼らの行動と純粋な確率モデルを適用できません。いわゆるワームのようなチェーン モデル2,3,4は、フィラメント4に沿って接線-接線相関の崩壊定数であるlp経由でこの剛性を定量化する開発されました。Lpがフィラメントの輪郭の長さ (lc) に匹敵する場合、ポリマーは、セミフレキシブル1と見なされます。テントのポールと同様、ネットワークまたはバンドルの手配珍しい粘弾性特性5,6,7につながる、低ボリュームの分数で集合的なシステム全体を安定化します。 8,9。これらの構造は、高弾力性で大きなメッシュ サイズ10、まだ促進拡散と能動輸送過程時機械的整合性の維持を提供します。このプロパティは特に細胞骨格や細胞外マトリックスなどの生物学的システムに適してが、食品工学1,11,12でも広く使用されています。
生物にその意義にとどまらず、バイオミメティック材料や新規ハイドロゲルを開発するツールを持っているためにこれらの構造体の物性を総合的に診断することが重要です。セミフレキシブル高分子の面で、これはシングル フィラメント プロパティlpと記述の理論的枠組みの開発などから生じるネットワークの集団特性の系統的分析法を意味します。先駆的な研究で細胞の生体高分子アクチン セミフレキシブル高分子のモデル系として設立され、ゴールド スタンダード5,13,14,15をまだ広く考えられています。,16,17します。 ただし、徹底的に研究はこのシステムと限られているこの蛋白質の固有プロパティにバインドされているので。様々 な理論的アプローチ シングル フィラメント レベル以外の些細な力学的挙動の説明を構築することを目指した、線形弾性高原のせん断弾性係数 Gの依存性の特に異なるスケーリング予測につながっています。 0 (すなわちネットワークの「弾力性」)、(c) 濃度とlp6,7,13,14、に関して 15,18,19,20,21,22,23。アクチンを用いた実験や他のモデル システムで容易にアクセスできる濃度のスケールは理論的な予測が厳密にされている間、および検証13,16,24,25日は実験不可能であった、 lpを基準します。これは、主要な制限lpがセミフレキシブル高分子の定義数量は、独立変数でもあるので。
この中央の自然による制約アクチンの固定lpまたは他の生物学的由来高分子コラーゲンなど最近タイル ベース DNA チューブは、その力学的特性の可変が採用することにより解決されています9,26,27,28. (構成の DNA の数が異なるなど、ストランド単位リング内) チューブのアーキテクチャのわずかな変化をもたらすlp、蛍光顕微鏡で評価することができます、異なる値1 つの変動のチューブを分析することによってまたは複数の付着の管の曲面構成を評価することによって、として上記の9,28。これらの解析では、異なる管集団のlp値よりも 1 桁以上異なるし、異なる評価手法が一貫した結果9,28をもたらすことを明らかにしました。
驚いたことに、すべての前の理論的なアプローチと矛盾する報告されている濃度とlpに関して線形弾性高原のせん断弾性係数G0の全体的なスケール9、特に多くを示すlp依存予測よりも強い。これらの調査結果は、セミフレキシブル高分子の中央特性を研究する新しいモデル システムの価値を強調します。Nを採用-螺旋形 DNA チューブは劇的にこれらの調査の範囲を広げます。Lpが自由に変化させることが、基本マテリアルを変更することがなくただ DNA の本質的なプログラム可能な性質は、クロスリンクや速度論的スイッチング プロセスなどの追加要素の体系的な検討を有効にできます。さらに、これらの管は水に溶けるし、適切な pH およびイオンについては、数週間、検出分解9なしで安定したほとんどの蛋白質のとは対照的。
これらのチューブをアセンブルする DNA のオリゴヌクレオチドの離散セットを使用すると、それぞれの 2 つの近隣の鎖に相補的な塩基配列を共有する 2 つのドメインが含まれています (特定のシーケンスにより一本鎖を形成できません髪のピンなどの構造)。相補的な配列がn相互接続の二重螺旋セグメントの囲まれた、半分重なり合うリングを形成、周期的に交配させる (図 1 a とB)。離散直径 (図 1)、および半分重なって構成でこれらのリングのフォームは、別のリングの粘着性の両端に相補的な軸の粘着末端を公開します。オリゴヌクレオチドをマッチングこの選択的添加は糸状の DNA ヘリックス チューブ サイズn (nHT) の効果的な重合につながるリングの積み重ねをトリガーします。自分の輪郭の長さは通常、長さ数ミクロンを測定し、その長さの分布はアクチン フィラメント9,26,27,28に匹敵します。それは確かにに似てアクチン フィラメントと微小管の重合反応を示す同じような DNA ナノチューブ構造体の示されています。<su></su>p クラス ="xref"> 29。によっては基本的なリング構造を構成する個々 の DNA の繊維の数n nHT アーキテクチャ円周、直径を制御用様々 なことが。リング/チューブの円周が増加より多くの DNA の繊維を使用して、対応するアーキテクチャの変更シフトより高い剛性に対応する高いlp値 (図 1) に機械的性質。メゾスコ ピック スケールのこれらの大きいlp値高い剛性により少ない曲がったコンフォメーションに変換 (図 1 とE)。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="667">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:169px;">AFM cantilever ACTA</td>
			<td style="width:196px;">AppNano</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">AFM - NanoWizard 3</td>
			<td style="width:196px;">JPK Instruments</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">CCD camera</td>
			<td style="width:196px;">Andor</td>
			<td style="width:123px;">iXon DV887</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">DMSO</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">D2650</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">DNA oligonucleotides</td>
			<td style="width:196px;">Biomers.net</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;">For sequences see Table 1</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">DNA Cy3-labeled oligonucleotides</td>
			<td style="width:196px;">Biomers.net</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;">For sequence see Table 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">EDTA</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">E-9884</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Epi-fluorescence micro-scope</td>
			<td style="width:196px;">Leica</td>
			<td style="width:123px;">DM-IRB</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:169px;">MgCl2</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">M-8266</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Mica &#34;V1&#34;, 12 mm round</td>
			<td style="width:196px;">Plano GmbH</td>
			<td style="width:123px;">50-12</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">MicroAmp&#174; Fast Optical 96-Well Reaction Plate</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;">4346907</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">MicroAmp&#174; Optical Adhesive Film</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;">4306311</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">NanoDrop 1000 Spectrophotometer</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">100x objective</td>
			<td style="width:196px;">Leica5</td>
			<td style="width:123px;">506168</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Purified water</td>
			<td style="width:196px;">Merk Millipore - Milli-Q &#38; Elix</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Sapphire PCR tubes</td>
			<td style="width:196px;">Greiner Bio-One</td>
			<td style="width:123px;">683271</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">TProfessional Standard PCR Thermocycler</td>
			<td style="width:196px;">Core Life Sciences Inc.</td>
			<td style="width:123px;">070- Standard</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">7900HT Fast Real-Time PCR System</td>
			<td style="width:196px;">Applied Biosystems</td>
			<td style="width:123px;">4351405</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Rheometer</td>
			<td style="width:196px;">TA Instruments</td>
			<td style="width:123px;">ARES</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">SYBR&#174; Green I nucleic acid gel stain</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;">S7567</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Tris</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">T4661</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">Triton X-100</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich Co.</td>
			<td style="width:123px;">X-100</td>
			<td style="width:180px;">Suppresses evaporation of sample at air-water interface</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dna nanotubes as a versatile tool to study semiflexible polymers

細胞や生体高分子ネットワークなど、複雑なポリマー ベースのソフト問題の機械的性質は、どちらも古典的なフレームの柔軟なポリマーも棒状ので理解できます。基になるフィラメントは強い熱変動も残ります、失われつつある非バックボーン剛性のため、永続化長さ (lp) 経由で定量化は、差し出されました。自分の有限の曲げ剛性は一意、非自明な集団力学一括ネットワーク、大規模なメッシュ サイズを提供しながら低容積比で安定した足場の形成に します。この原則は (例えばセルかティッシュで)、自然で流行する分子含有量が高いとそれにより拡散の促進または能動輸送を最小限に抑えます。それらの生物学的意義と生体適合性ヒドロゲルの潜在的な技術アプリケーションのためセミフレキシブル高分子は、膨大な研究の対象とされています。しかし、わかりやすい調査残った挑戦以来、彼らは自由に可変であるアクチン フィラメントなどの天然高分子に依存します。これらの制限にもかかわらず、合成、機械的に可変、セミフレキシブル高分子材料の不足のため、アクチン フィラメントが共通のモデル システムとして確立されました。主な制限は、巨視的なバルク構造への影響を研究する中心数量lpを自由にチューニングできないです。この制限は、フィラメントの高剛性制御の変更を有効にする、構造的にプログラム可能な DNA ナノチューブを採用することにより解決しました。彼らは部分的に相補的な鎖の離散セットが離散円周リング構造で交配させるタイル ベース デザインを通して形成されます。これらのリングは粘着末端、フィラメントに効果的な重合、長さ数ミクロンの有効化の機能し、天然生体高分子として同様の重合速度を表示します。彼らのプログラム可能な力学のためこれらの管は、 lp一括スケールと同様、単一分子の影響を研究する汎用性の高い、新しいツールです。アクチン フィラメントと対照をなして顕著な変性がなく、数週間にわたって安定し、の取り扱いは比較的簡単です。

温度ランプ (図 2) を介して DNA ナノチューブ構造体のアセンブリは、これらの人工セミフレキシブル高分子を形成する非常に信頼性の高い方法です。これらのポリマー アクチン フィラメントなど、自然に発生する対に匹敵する特性を持っているが、その機械的性質は生成を制御することができますのでより広範な実験的枠組み変更...

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DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

セミフレキシブル高分子は、生きているシステムで広く適用されているユニークな力学特性を表示します。ただし、ポリマーの剛性などのプロパティにはアクセスできませんので、生体高分子に関する体系的な研究は制限されます。本稿では、プログラム可能な DNA ナノチューブ、フィラメント剛性の影響に関する実験的研究を有効にすることによってこの制限を回避する方法について説明します。

セミフレキシブル高分子を研究する多目的ツールとして DNA ナノチューブ

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Research

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